PLC脈沖控制步進電機技術(shù)

1、PLC 脈沖控制步進電機技術(shù)一、步進電機、脈沖與方向信號步進電機作為一種常用的電氣執(zhí)行元件，廣泛應用于自動化控制領(lǐng)域。步進電機的運轉(zhuǎn)需要配備一個專門的驅(qū)動電源，驅(qū)動電源的輸出受外部的脈沖信號和方向信號控制。每一個脈沖信號可使步進電機旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，這個角度稱為步距角。脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定了旋轉(zhuǎn)的速度。方向信號決定了旋轉(zhuǎn)的方向。就一個傳動速比確定的具體設(shè)備而言，無需距離、速度信號反饋環(huán)，只需控制脈沖的數(shù)量和頻率即可控制設(shè)備移動部件的移動距離和速度;而方向信號可控制移動的方向。因此，對于那些控制精度要求不是很高的應用場合，用開環(huán)方式控制是一種較為簡單而又經(jīng)濟的電氣控制技

2、術(shù)方案。另外，步進電機的細分運轉(zhuǎn)方式非常實用，盡管其步距角受到機械制造的限制，不能制作得很小，但可以通過電氣控制的方式使步進電機的運轉(zhuǎn)由原來的每個整步分成 m 個小步來完成，以提高設(shè)備運行的精度和平穩(wěn)性?？刂撇竭M電機電源的脈沖與方向信號源常用數(shù)控系統(tǒng)，但對于一些在運行過程中移動距離和速度均確定的具體設(shè)備，采用 PLC（可編程控制器）是一種理想的技術(shù)方案。二、控制方案置度向停位速方ft作面板圖 1PLC 脈沖控制步進電機系統(tǒng)示意圖在操作面板上設(shè)定移動距離、速度和方向，通過 PLC 的運算產(chǎn)生脈沖、方向信號，控制步進電機的驅(qū)動電源，達到對距離、速度、方向控制的目的，見圖 1操作面板上的位置旋鈕控制

3、移動的距離，速度旋鈕控制移動的速度，方向按鈕控制移動的方向，啟/停按鈕控制電機的啟動與停止。在實際系統(tǒng)中，位置與速度往往需要分成幾擋，故位置、速度旋鈕可選用波段開關(guān)，通過對波段開關(guān)的不同跳線進行編碼，可減少操作面板與 PLC 的連線數(shù)量,同時也減少了 PLC 的輸入點數(shù)，節(jié)省了成本。一個 n 刀波段開關(guān)的最多擋位可達到 2n。在對 PLC 選型前，應根據(jù)下式計算系統(tǒng)的脈沖當量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量。脈沖當量二忤莉迪母*生講心機細小數(shù)脈沖當最將動距離 X 步講電機細介數(shù)脈沖當.根據(jù)脈沖頻率可以確定 PLC 高速脈沖輸出時需要的頻率，根據(jù)脈沖數(shù)量可以確定 PLC 的位寬。同時，考慮到系統(tǒng)響應

4、的及時性、可靠性和使用壽命，PLC 應選擇晶體管輸出型。步進電機細分數(shù)的選擇以避開電機的共振頻率為原則，一般可選擇 2、5、10、25 細分。編制 PLC 控制程序時應將傳動系統(tǒng)的脈沖當量、反向間隙、步進電機的細分數(shù)定義為參數(shù)變量，以便現(xiàn)場調(diào)整。三、應用實例脈沖糖率上限=最大脈沖數(shù)量=筆者應用 PLC 脈沖控制步進電機的技術(shù)，對生產(chǎn)上引法無氧銅管的設(shè)備進行了電氣控制上引法無氧銅管的生產(chǎn)過程是：將電解銅加入工頻感應爐，使其熔化成銅液，在銅液中浸入 1 個通有冷卻水的結(jié)晶器，流入結(jié)晶器的銅液經(jīng)過 0.53s 后，便結(jié)晶成了固態(tài)銅管。然后，一邊由引棒將固態(tài)銅管從結(jié)晶器中導出，一邊重復上述結(jié)晶過程，慢

5、慢地將固態(tài)銅管牽引至摩擦壓輪，以后根據(jù)工藝間隔時間由步進電機帶動摩擦壓輪，將固態(tài)銅管源源不斷地從結(jié)晶器中牽引出來。牽引出來的銅管依次進入校直、軋管、盤管、冷拉等工序，生產(chǎn)出不同規(guī)格的自來水管或空調(diào)、冰箱的熱交換器用銅管。設(shè)備應滿足如下的生產(chǎn)工藝要求：引管距離 6 擋/(mm 次-1):2、2.5、3、3.5、4、5;引管速度 7 擋/(mmmin-1):115、130、140、150、160、170、180;牽引與結(jié)晶時間比：1：1;引管方式：間歇式；牽引方向：不變；設(shè)備運行：連續(xù)?？梢?，距離開關(guān)為 6 擋，速度開關(guān)為 7 擋，組合后共有 42 種牽引方式。根據(jù)計算，距離、速度信號各需 3 個

6、輸入點就能達到設(shè)定的擋數(shù)要求，啟/停按鈕需 1 個輸入點。根據(jù)工藝要求，牽引方向不變，故操作面板上不設(shè)置方向按鈕，步進電機的旋轉(zhuǎn)方向不通過 PLC 來控制，而是采用直接跳線來完成設(shè)置。脈沖信號需 1 個輸出點，彳 t 號燈需 2 個輸出點。步進電機采用 25 細分工作模式，以避開電機的共振頻率區(qū)。PLC 選用了具有 8 個數(shù)字量輸入點、6 個數(shù)字量輸出點的 SIEMENS 公司生產(chǎn)的 SIMATICS7-200CPU222,另外，在控制程序中用多段管線操作設(shè)計了電機的升降過程，以滿足大負載啟動的要求。電氣控制原理見圖 2。圖 2 電氣控制原理制作時，首先將面板上的距離、速度波段開關(guān)按圖 2 進行跳線，完成二進制編碼，這樣節(jié)省了 7 個 PLC 輸入點，簡化了連接，提高了系統(tǒng)可靠性，同時也降低了設(shè)備的制造成本；然后將各波段開關(guān)、按鈕的輸出與 PLC 相連。設(shè)備運行時，PLC 根據(jù)操作面板上各開關(guān)的設(shè)定位置，由控制程序產(chǎn)生某一頻率和數(shù)量的高速脈沖，并將其輸出至 PCB,由 PCB 完成電平轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的電平信號送至步進電機驅(qū)動器，拖動步進電機按設(shè)定的速度旋轉(zhuǎn)相應的角度，最終達到控制距離和